[Muzyka] Witajcie moi drodzy w drugim odcinku z działu metabolizm i jest to drugi z trzech odcinków na temat enzymów w pierwszym odcinku o metabolizmie powiedzieliśmy sobie czym jest energia Jakie są rodzaje energii Czym jest metabolizm reakcje anaboliczne kataboliczne I zaczęliśmy mówić właśnie o enzymach powiedzieliśmy sobie że enzymy obniżają energię aktywacji reakcji przez co bardzo przyspieszają zachodzenie różnych reakcji biochemicznych w organizmach i wspomniałam też o tym że enzymy w przeciwieństwie do katalizatorów niebiologiczny są zwykle bardzo bardzo specyficzne to znaczy katalizują zwykle tylko jakiś jeden rodzaj reakcji i dzisiaj powiemy sobie więcej o budowie enzymów z której wynika właśnie ta specyficzność i również zaczniemy omawiać czynniki jakie wpływają na aktywność enzymów i o tej regulacji aktywności dokończymy sobie jeszcze w następnym odcinku a więc Najważniejszą cechą budowy enzymu Która właśnie decyduje o tej specyficzności katalizowanej reakcji jest to że enzymy posiadają tak zwane centrum aktywne o tym centrum aktywnym wspomnieliśmy sobie już w poprzednim odcinku omawiając ogólnie te etapy katalizy enzymatycznej i mówiłam że to jest to miejsce gdzie przyłącza się do enzymu substrat albo substraty danej reakcji i centrum aktywne jest właśnie takim obszarem na powierzchni enzymu to jest często takie zagłęb które ma specyficzny kształt wynikający z odpowiedniego ułożenia łańcuchów bocznych aminokwasów tworzących dany enzym i ten kształt po prostu fizycznie umożliwia dopasowanie się cząsteczki substratu do tego Centrum Aktywnego jak to sobie lepiej wyobrazić bo tutaj mój rysunek jest dość abstrakcyjny ale tak Przypomnijcie sobie co nieco na temat budowy białek białko jest takim łańcuchem polipeptydowym złożonym zwykle z bardzo wielu aminokwasów i ten łańcuch jest poskręcany pozwijany w taką zwykle mocno skomplikowaną strukturę o unikalnym kształcie i tutaj jest oczywiście rysunek w uproszczeniu gdzie nie widzimy poszczególnych aminokwasów i ja to rozrysować szczegółowo żebyście mogli to sobie lepiej wyobrazić to już nie jest trójwymiarowe bo byłoby za ciężko ale Wyobraźcie sobie że ten łańcuch jest trójwymiarowy pozwijany w skomplikowany sposób i teraz to są poszczególne aminokwasy i przypominam że aminokwasy różnią się od siebie tymi tak zwanymi łańcuchami bocznymi i tutaj te łańcuchy boczne wystają na powierzchnię tego całego łańcucha polipeptydowego no i w związku z tym mamy tutaj jakby takie określone kształty prawda wynikające właśnie z ułożenia tych łańcuchów bocznych i teraz Przypuśćmy że tutaj w tym fragmencie cząsteczki jest właśnie centrum aktywne enzymu i ono ma jakiś taki bardzo specyficzny określony kształt wynikający właśnie z ułożenia tych łańcuchów bocznych aminokwasów no i tutaj będzie pasował jakiś tam substrat swoim kształtem także tak generalnie wygląda centrum aktywne jest to jakiś tam obszar na cząsteczce enzymu który ma swój specyficzny kształt do którego jakiś substrat czy jakieś substraty pasują i ten sposób dopasowania się substratu do Centrum Aktywnego obecnie się opisuje tak zwanym modelem indukcyjnego dopasowania zwanym też modelem ręki i rękawiczki chodzi o to że tak jak kiedy wkładamy rękę w rękawiczkę to jej kształt dopasowuje się w jakimś do naszej ręki to znaczy jak mamy rękawiczkę która leży sobie płasko w szufladzie czy na PCE wkładamy do niej rękę No to ten kształt rękawiczki się nieco zmienia nie totalnie ale w jakimś stopniu tak i Podobnie jest z enzymem z centrum aktywnym że ono w pewnym stopniu dopasowuje się do kształtu swojego substratu nie jest całkowicie sztywne jest nieco plastyczne ale dopasowuje się tylko do kształtu jakiegoś swojego danego konkretnego substratu do którego jest dostosowane nie jest tak plastyczne żeby się dopasować do każdej dowolnej cząsteczki i Podobnie jest z tą rękawiczką tak tym przykładem rękawiczki że ona pasuje na pięciopalczasta rękę ale już gdyby Wojowniczy Żółw Ninja chciał włożyć do niej swoją rękę która Mam nadzieję że wiecie że ma tylko trzy palce No to ta rękawiczka już się nie dopasuje do takiej ręki choćby nie wiem co także aż takiej plastyczności nie ma w przypadku enzymów starszy model dopasowania on się nazywał modelem klucza i zamka on zakładał że jakby centrum aktywne ma swój sztywny kształt określony cząsteczka ma swój sztywny określony kształt i one pasują do siebie jak klucz do zamka czy tak jak puzzle na przykład że mają jakiś tam kształt i po prostu wpasowują się jedno w drugie jednak ten model indukcyjnego dopasowania czy ręki i rękawiczki w lepszym stopniu oddaje rzeczywistość Chociaż szczerze mówiąc nie wiem po co się o tym mówi w szkole bo to są takie trochę szczegóły ale dobrze teraz przypomnijmy sobie to co było w poprzednim odcinku czyli te etapy katalizy enzymatycznej pokrótce czyli następowało najpierw przyłączenie substratu do enzymu bądź jednego substratu zależy jaka to jest reakcja powstawał kompleks enzym substrat reakcja była katalizowana i następnie uwalniane są produkty które powstają w tej reakcji i teraz w taki sposób przebiega jakaś tam pojedyncza reakcja ale musimy mieć świadomość że w naszym organizmie rzadko kiedy jakieś procesy opierają się na jednej tylko pojedynczej reakcji zazwyczaj reakcje które zachodzą w organizmach żywych są podzielone na bardzo wiele etapów co będziecie widzieć chociażby na przykładzie oddychania komórkowego czy fotosyntezy Czy różnych innych procesów i taki ciąg reakcji nazywa się szlakiem metabolicznym i Ja zazwyczaj porównuję taki szlak metaboliczny do fabryki samochodów Nie mam pojęcia dlaczego ponieważ nigdy nie widziałam fabryki samochodów Nie mam pojęcia jak ona właściwie wygląda i moje wyobrażenia bazują głównie tak naprawdę na własnej imaginacji Jeżeli ktoś wie jak naprawdę wygląda fabryka samochodów to proszę mnie nie uświadamiać ponieważ ja chcę wierzyć w moją wizję może to być tak naprawdę jakakolwiek inna Zmechanizowana fabryka Ale o co chodzi Chodzi o to że mamy poszczególne Maszyny mamy jakiś tam ciąg produkcyjny i mamy kolejne maszyny z których każda przeprowadza jakiś jeden etap produkcji Powiedzmy że ta pierwsza maszyna montuje koła potem następna zakłada reflektory następna zakłada drzwi i tak dalej I te maszyny przeprowadzają jakiś konkretny etap procesu produkcji natomiast same nie wchodzą w skład końcowego produktu i Podobnie jest z enzymami że enzym przeprowadza jakąś reakcję wypuszcza produkty ale sam jakby po prostu jest gotowy do przyjęcia następnych substratów tak jak właśnie taka maszyna w fabryce Czyli mamy takie jakby dwa podobieństwa do działania enzymów czyli pierwsze jest to że dana maszyna PR jakiś tam jeden etap procesu produkcji tak jak każdy enzym przeprowadza jakąś tam jedną reakcję z danego szlaku metabolicznego No i to właśnie że same maszyny przeprowadzają tylko reakcje ale nie wchodzą potem w skład gotowego produktu i szlaki metaboliczne są zazwyczaj regulowane na zasadzie tak zwanego ujemnego sprzężenia zwrotnego to jest taki prosty mechanizm który możemy sobie też zilustrować tym przykładem że jeżeli zostanie wyprodukowane już bardzo dużo samochodów to hamowana jest hamowany jest cały proces produkcji czyli wyłączana jest ta maszyna pierwsza i proces ustaje No bo nie ma sensu produkować więcej samochodów jeżeli te się jeszcze nie sprzedały i tak samo działa ujemne sprzężenie zwrotne w organizmie Czyli że końcowy produkt jakiegoś szlaku metabolicznego hamuje pierwsze enzymy na tym szlaku czy pierwszy enzym i dzięki temu nie ma nadprodukcji jakiejś substancji natomiast Jak stężenie tego produktu spada No to znowu ten szlak metaboliczny się uruchamia i to jest bardzo Powszechny sposób sposób regulacji różnych szlaków metabolicznych w organizmie No i teraz Jeszcze jedna ważna uwaga bo można się zastanawiać po co właściwie szlaki metaboliczne są podzielone na tak wiele etapów Dlaczego nie ma jakiegoś jednego enzymu który by przeprowadzał całą reakcję dlaczego to musi być tak skomplikowane tutaj powody Są różne w niektórych przypadkach na przykład jeśli chodzi o Proces oddychania komórkowego czyli ten proces z którego pozyskujemy energię No to gdyby on zachodził bardzo gwałtownie to znaczy jednoetapowo na przykład to uwalniał oby się bardzo dużo energii na raz tak wygląda na przykład spalanie takie normalne spalanie ogniem tak jeżeli weźmiemy glukozę i ją Podpalimy No to otrzymamy też dwutlenek węgla i wodę tak jak w procesie oddychania komórkowego No ale będziemy mieć też ogień Płomień coś takiego Nie może się zadziać w normalnej komórce bo komórka się ugotuje Więc w takim przypadku podzielenie tego procesu na więcej etapów umożliwia jakby uwalnianie energii małymi porcjami co nie zagraża przeżyciu komórki Natomiast generalnie Zaletą takiego podziału na poszczególne etapy gdzie jeden enzym katalizuje jakąś jedną reakcję jest to że można bardzo dokładnie kontrolować w sensie że organizm że komórka może bardzo dokładnie kontrolować jakie procesy w komórce zachodzą No bo gdyby tylko jeden enzym na przykład odpowiadał za wiele różnych reakcji to gdybyśmy wyłączyli ten enzym No to ilość szlaków metabolicznych naraz nam się wyłączy co mogło być niepożądane Natomiast jeżeli mamy od każdej reakcji osobny enzym No to możemy precyzyjnie wyłączać włączać różne szlaki metaboliczne różne cykle metaboliczne w zależności od potrzeb cykle metaboliczne bo chyba o tym nie wspomniałam To są takie szlaki metaboliczne które zachodzą w kółko co będziemy widzieć chociażby na przykładzie cyklu Krebsa czy cyklu kalwina i teraz powiedzmy sobie jeszcze troszkę więcej o tej specyficzności enzymów czyli tak enzymy wykazują swoistość substratow i swoistość katalizowanej reakcji swoistość czyli inaczej ta specyficzność to przyporządkowanie danego enzymu do konkretnego substratu i do konkretnej katalizowanej reakcji i tutaj mamy przykładowy enzym abstrakcyjny całkowicie jest to destrukt bakłażanowa która powoduje rozkład bakłażana i ten konkretny enzym reaguje tylko z bakłażanami dlatego że kształt jego Centrum Aktywnego jest dopasowany do kształtu bakłażana mamy jeszcze inny abstrakcyjny enzym sy AZA pomarańczowa która katalizuje powstawanie pomarańczy składanie w całość i to jest proces anaboliczny destrukt AA bakłażanowa przeprowadzała proces kataboliczny czyli proces rozkładu bakłażana przy czym zapewne uwalniał się energia tutaj mamy proces anaboliczny jest składanie z dwóch połówek pomarańczy Co zapewne będzie wymagało nakładu energii tutaj te nazwy enzymów są ogólnie rzecz biorąc abstrakcyjne aczkolwiek odpowiadają one konwencji biologicznej konwencji nazewnictwa enzymów ponieważ nazwy enzymów z reguły kończą się na AZA i tutaj powiemy sobie jeszcze krótko o tym nazewnictwie o przykładach różnych enzymów nazwy enzymów zwykle jakoś nawiązują do przeprowadzanej reakcji i mają właśnie końcówkę AZA tu mamy na przykład eliaz która rozkłada jakieś cząsteczki ligaza z kolei łączy ze sobą na przykład fragmenty kwasów nukleinowych w procesie replikacji DNA mamy izomerazy która czyli robi z jednego izomeru inny hydrolazy przeprowadzają proces hydrolizy oksydaza przeprowadza proces utleniania jakieś cząsteczek także te nazwy nam w jakiś sposób wskazują mamy też na przykład laktazę tak Czyli enzym który rozkłada cukier laktozę tych nazw enzymów jest strasznie strasznie dużo natomiast zasadniczo jest tak że te nazwy kończą się właśnie na AZA i teraz wracamy do budowy enzymów Wiemy już że jest to centrum aktywne wiemy że to jest ten najważniejszy element enzymu wiemy że w ogóle większość enzymów jest białkami chociaż istnieją też takie enzymy jak na przykład rybozymy czyli enzymy które się składają z kwasu rukle inowo i poznaliście już taki enzym bo przykładowo rybosomy są rybozymy ogólnie większość enzymów to są białka i te enzymy mogą się albo składać z samego łańcucha polipeptydowego bez żadnych jakby dodatków niebiałkowych i takie enzymy nazywamy enzy Zami prostymi czyli to jest po prostu łańcuch polipeptydowy złożony z aminokwasów pozwijany w jakiś tam sposób i tyle Natomiast istnieją też enzymy złożone i w sumie ich jest bardzo dużo i to są takie enzymy które mają dodatkową część zwaną kofaktorem i wtedy ta część białkowa nazywa się apoenzym Natomiast ta dodatkowa część to jest właśnie kofaktor to jest ta część niebiałkowa i to jest tak że ta część niebiałkowa jest niezbędna do działania enzymu to jest jakby nieodłączny element potrzebny do działania enzymu to jest trochę tak jak macie dowolne urządzenie elektryczne typu mikser które ma różne elementy budowy i po prostu te wszystkie elementy są potrzebne do działania takiego miksera tutaj jest podobnie taki kofaktor też jest niezbędny do prawidłowego działania takiego enzymu i kofaktory mogą być różne kofaktorem może być na przykład tutaj podamy sobie kilka przykładów różnych kofaktorów więc kofaktor mogą być jony metali na przykład żelaza manganu miedzi cynku i inne nasze zapotrzebowanie w diecie na te mikroelementy właśnie typu mangan Czy miedź wynika głównie z tego że one są potrzebne nam do działania różnych enzymów w naszym organizmie kofaktorem może być też tak zwana grupa prostetyczna i grupa prostetyczna to jest taka mała cząsteczka organiczna która jest trwale związana z enzymem i ja tutaj narysowałam to w ten sposób że to jest jakby proteza dlatego że ta grupa prostetyczna zawsze mi się kojarzyła z protetyką jak mamy taką trwałą protezę nie taką zdejmowaną zakładaną No bo są też takie ale Wyobraźmy sobie taką trwałą protezę na przykład nogi czy w ogóle jakąś wewnętrzną typu proteza biodra czy coś takiego i to jest coś właśnie trwale związanego z resztą ciała i tutaj tak samo że ta grupa prostetyczna jest właśnie trwale związana z enzymem grupami prostetyczne mogą być na przykład witaminy czy ich pochodne czy jakieś tam inne cząsteczki organiczne No i tu w sumie macie też odpowiedź na pytanie dlaczego nam są potrzebne witaminy do życia Dlatego właśnie że są niezbędne żeby wiele enzymów w naszym organizmie mogło po prostu prawidłowo działać i przeprowadzać niezbędne dla naszego życia reakcje biochemiczne są po prostu tymi częściami składowymi enzymów bez których te enzymy nie działają także brak czy niedobór witamin powoduje właśnie zaburzenie działania enzymów i przez to często zaburzenie różnych bardzo procesów metabol licznych i właściwie wpływa to negatywnie na funkcjonowanie całego organizmu ostatnim rodzajem kofaktora są koenzymy i koenzymy to też są takie małe cząsteczki organiczne Ale one są nietrwale związane z enzymem Czyli mogą się przyłączać i mogą się odłączać i tu właśnie z porównaniu do tego ptaszka który może sobie przysiąść i może sobie odfrunąć ale możecie też skojarzyć że ten koenzym to jest tak jak macie kolegę albo koleżankę w klasie i powiedzmy że macie rozwiązać razem jakieś zadanie więc łączyc się w parę robicie to co tam do was należy i potem rozchodzę się po wykonanej pracy każdy w swoją stronę Zwłaszcza jeżeli się nie lubicie No i podobnie właśnie koenzymy są związane nietrwale z enzymem zazwyczaj na czas działania takiego enzymu natomiast potem mogą się odłączać i takimi koenzym też mogą być niektóre witaminy albo pochodne witamin albo inne cząsteczki organiczne ko enzymami są też nad plus i fad o których jeszcze nie mówiliśmy Ale będziemy o nich mówić w zdaje się czwartym odcinku No i ostatnia Sprawa bardzo ważna to jest wpływ różnych czynników na aktywność enzymów i zaczniemy o tym mówić W tym odcinku A dokończymy w następnym pierwszym z takich czynników wpływających na działanie enzymów jest temperatura większość enzymów jest aktywna w temperaturze mniej więcej od 0 do 40 45 stopni No bo poniżej zera No to mamy już zamarzanie roztworów wodnych natomiast Powyżej 40 stopni Jak mam nadzieję że pamiętacie następuje denaturacja białek czyli niszczenie ich struktury A jak przed chwilą widzieliście struktura białka struktura tego Centrum Aktywnego kształtu tego Centrum Aktywnego jest kluczowe dla działania enzymu No więc jak białko traci swój kształt No to przestaje pasować do substratu taki enzym przestaje działać optymalna temperatura to jest zwykle około 38 stopni Taką temperaturę mamy we wnętrzu naszego ciała i W takiej temperaturze enzymy działają najlepiej No i my jako organizmy stałocieplne mamy mechanizmy pozwalające utrzymać tę optymalną temperaturę dlatego bez względu na temperaturę otoczenia nasze procesy metaboliczne mogą zachodzić mniej więcej w takim samym tempie Jak wiecie ta regulacja jest bardzo precyzyjna to znaczy nawet bardzo niewielkie odchylenia od tej naszej stałej temperatury ciała mocno odczuwamy gorączka 38 39 stopni No to już nie Czujemy się najlepiej już odczuwamy że ten nasz organizm zaczyna działać jakoś inaczej w przypadku zwierząt zmiennocieplnych tak nie jest one są zależne od temperatury otoczenia w momencie jak temperatura otoczenia spada to temperatura ich ciała również spada i procesy metaboliczne spowalniają ponieważ enzymy po prostu działają coraz wolniej i jeżeli ta temperatura spadnie mocno to taki organizm popada albo w hibernacje Czy w jakieś odrętwienie ponieważ po prostu te jego procesy metaboliczne są mocno zahamowane z tego względu że szybkość działania enzymów znacząco spada następny czynnik wpływając na aktywność enzymów to jest ph czyli odczyn No i tutaj po prostu Polega to na tym że różne enzymy mają różne Optimum pH czyli zwykle jest taki bardzo wąski przedział w którym enzymy działają optymalnie i z tego względu na przykład nasza krew ma bardzo określone pH i to jest bardzo wąski przedział i to pH krwi musi być utrzymywane w tym wąziutkie waż jeżeli są nawet jakieś niewielkie odchylenia to one mogą powodować bardzo poważne zaburzenia w organizmie mogą wręcz prowadzić do śmierci zbyt kwasowa czy zbyt Zasadowa krew To jest stan mocno niebezpieczny i to właśnie wynika z tego że po prostu te enzymy które mamy w organizmie które mamy we krwi wymagają tego bardzo określonego pH żeby prawidłowo działać no i to ma też swoje zastosowanie tutaj przypomnę wam jak omawialiśmy lizosomy czyli te organella Gdzie w środku się znajdowały enzymy trawienne No i mówiliśmy o tym że te enzymy trawienne działają w tym niskim pH który jest utrzymywany w lizosomie i dzięki temu jeżeli się wydostan z lizosomu do cytoplazmy No to tam nie będą tak działać destrukcyjnie na organella komórkowe bo nie będą się znajdowały w swoim Optimum pH dlatego że pH cytoplazmy jest znacznie wyższe niż to pH we wnętrzu lizosomów mówiliśmy o tym w dziale komórka także to jest tylko takie szybkie przypomnienie żeby powiązać wam jakoś te zagadnienia i kolejny czynnik to jest stężenie soli no i tutaj znowu jest tak że większość enzymów wymaga jakiegoś tam określonego stężenia soli różnych rozpuszczonych w cytoplazmie na przykład zazwyczaj jest tak że to stężenie nie może być zbyt wysokie aczkolwiek są jakieś tam organizmy o dość ekstremalnych optim które czują się dobrze w mocno zasolonych środowiskach No i obecność soli metali ciężkich tak jak na przykład o łowi ur tę zwykle zaburza działanie enzymów i zasadniczo ma wpływ negatywny także to były czynniki takie zewnętrzne powiedzmy wpływające na aktywność enzymów Natomiast w następnym odcinku powiemy sobie o takich bardziej wewnętrznych rodzajach regulacji aktywności enzymów czyli to w jaki sposób aktywność enzymów jest regulowana w organizmie we wnętrzu komórek bo jest to zagadnienie ciekawe no i też nie ukrywam że pojawia się często na maturze Specjalne podziękowania dla patronów z ostatniego miesiąca to są osoby które wpłaciły do kwotę albo na moją zrzutkę albo na by Coffee to linki do tych stron macie Jak zawsze w opisie pod filmem Jeżeli chcecie rzucić we mnie jakimś groszem ja Serdecznie dziękuję osobom które się na to decydują Dziękuję wam za uwagę i zapraszam do następnego odcinka